ディスクロール及びその基材

本発明は、板ガラスの製造に適したディスクロール及びその基材に関する。

板ガラスは、ガラス溶融物を装置に連続的に供給し、その装置から帯状に流下させて、流下中に冷却して硬化させることにより製造する。 ディスクロールは一対の引張ロールとして機能し、帯状ガラス溶融物を挟持して強制的に下方に送り出すために用いられる。

ディスクロールは、一般に、ミルボード（板状成形体、基材）をリング状に打ち抜いたディスク材を複数枚、回転軸となるシャフトに嵌挿してロール状の積層物とし、両端に配したフランジを介して全体を加圧して固定したものである。 ディスク材の外周面がガラス溶融物の搬送面として機能する。

ディスクロールは帯状ガラス溶融物を搬送するものであるから、耐熱性、柔軟性、硬度とともに、ガラス表面を傷めないことが求められ、耐熱性無機繊維、マイカ、粘土を含有させたディスクロール等が知られている（特許文献１〜３）。

ディスクロールは、通常、濾水性のよしあしに応じて、原料の水性スラリーを吸引脱水成形法又は抄造法で製造する。 抄造法ではより大きいシートが製造できるため効率が良いが、濾水性がよくなければならない。

しかしながら原料となる耐熱性の高いアルミナを７０重量％以上含む無機繊維は高価であった。 また、効率よく製造するには、抄造法で製造でき、水性スラリーから濾水する際の濾水時間が短いことが求められていた。
本発明の目的は、高価な繊維を使用すること無く、効率よく製造できるディスクロール及びその基材を提供することである。

本発明によれば、以下の無機繊維等が提供される。
１．４５μｍ以上のショットが５重量％以下の、アルミナ４０重量％以上６０重量％以下とシリカ４０重量％以上６０重量％以下を含むアルミナシリケート繊維２０〜３８重量％と、
木節粘土１０〜３０重量％と、
ベントナイト２〜２０重量％と、
マイカ２０〜４０重量％とを含むディスクロール用基材。
２． さらにパルプと澱粉を含む１記載のディスクロール用基材。
３． アルミナ４０重量％以上６０重量％以下とシリカ４０重量％以上６０重量％以下を含む粗繊維を脱粒して、４５μｍ以上のショットが５重量％以下のアルミナシリケート繊維を製造し、
水と、前記アルミナシリケート繊維と、木節粘土と、ベントナイトと、マイカとを混合し、水性スラリーを製造し、
水性スラリーを型に流し、濾水することにより、シートを製造するディスクロール用基材の製造方法。
４．１又は２記載の基材を含むディスクロール。
５． ガラス溶融物を４記載のディスクロールを用いて搬送し、
ガラス溶融物を冷却するガラスの製造方法。

本発明によれば、高価な繊維を使用すること無く、効率よく製造できるディスクロール及びその基材を提供することができる。

ディスクロールを用いたガラスの製造方法の一例を示す図である。

本発明のディスクロール用基材は、セラミック繊維（アルミナシリケート繊維）、木節粘土、ベントナイト及びマイカを含む。

セラミック繊維は、２０〜３８重量％、好ましくは２５〜３８重量％、より好ましくは２５〜３５重量％含む。 セラミック繊維が２０重量％未満では耐熱性が低くなり、セラミック繊維が３８重量％超では空隙量が増えるため、耐磨耗性が悪化する可能性がある。

本発明に用いるセラミック繊維は、アルミナ４０重量％以上６０重量％以下、好ましくは４５重量％以上５５重量％以下含む。 また、セラミック繊維は、シリカ４０重量％以上６０重量％以下、好ましくは４５重量％以上５５重量％以下含む。 繊維は１種又は２種以上混合して用いてもよい。

セラミック繊維の平均繊維径は通常２〜５μｍ程度である。

原料のセラミック繊維は通常未繊維化物(ショット)を含んでおり、乾式又は湿式の方法で脱粒することによりショットを減らすことができる。

本発明に用いるセラミック繊維は、４５μｍ以上のショット（未繊維化物）を５重量％以下、好ましくは２重量％以下しか含まない。 ショットの多い繊維を用いて製造したディスクロールは、ガラス表面を傷つける恐れがある。 ショットの大きさは通常４５〜５０００μｍ程度である。

基材は、木節粘土を、１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％含む。 木節粘土をこの範囲で含むと表面潤滑性（平滑性）が良好となる。

ベントナイトは２〜２０重量％、好ましくは２〜１５重量％、より好ましくは３〜１５重量％、さらに好ましくは５〜１５重量％含む。 ベントナイトを含まないと定着・凝集が不十分で濾水性が悪くなる。 逆にベントナイトが多すぎるとスラリーの性が高くなり濾水性が悪くなる。

マイカは、ディスク材のシャフトの熱膨張への追従性を高めるために添加する。 ディスク材を嵌挿するシャフトが金属製であるため、高温に晒されるとこのシャフトが熱膨張して軸方向に沿って伸びる。 このとき、ディスク材は金属に比べて熱膨張率が低いためシャフトの伸びに追従することができず、ディスク材同士が剥離してしまう。 一方、マイカは極く薄い層構造をなしており、加熱されると結晶変態を起こすが、その際層方向に膨張する傾向があり、この層方向への膨張によりディスク材のシャフトの熱膨張への追従性が高まる。

マイカとして、白マイカ（マスコバイト；Ｋ _２ Ａｌ _４ （Ｓｉ _３ Ａｌ） _２ Ｏ _２０ （ＯＨ） _４ ）、黒マイカ、金マイカ（プロゴバイト；Ｋ _２ Ｍｇ _６ （ＳｉＡｌ） _２ Ｏ _２０ （ＯＨ） _４ ）、パラゴナイト、レピドナイト、フッ素合成マイカ等が使用可能であるが、上記の追従性を考慮すると、白マイカが好ましい。

基材は、マイカは、２０〜４０重量％、好ましくは２５〜３５重量％含む。 マイカが２０重量％未満ではシャフトの熱膨張への追従性が低くなり、４０重量％超ではスラリー中に均一に分散させることが困難になり、ディスク基材の物性のバラツキが大きくなることが懸念される。

本発明の基材は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記成分のほか、凝集補助剤、有機バインダーを含むことができる。

有機バインダーとして、有機繊維（パルプ）、澱粉が好ましい。 有機繊維（パルプ）を含むと圧縮特性が発現でき、その量は例えば、２〜１０重量％、又は６〜１０重量％とすることができる。 また、澱粉を含むとディスク材の強度が発現でき、その量は例えば、１〜１０重量％、又は１〜４重量％とすることができる。

本発明の基材は、無機成分として、セラミック繊維、木節粘土、ベントナイト、マイカを合わせて９０重量％以上、９５重量％以上、９８重量％以上、１００重量％とすることができる。

本発明の基材は、上記の成分を上記の範囲で含むことにより、無機繊維の量が少なくても、耐熱性と強度とがバランス良く保たれたディスクロールが得られる。

基材は、無機繊維、カオリナイト及びマイカを含む水性スラリーを板状に成形し、乾燥して製造できる。 このとき、抄造法を用いることが効率的で好ましい。 即ち、無機繊維、カオリナイト及びマイカ、必要に応じて凝集補助剤、有機繊維、有機バインダー等を所定量含む水性スラリーを調製し、この水性スラリーを抄造機にて板状に成形し、乾燥することにより基材を得ることができる。 尚、基材の厚さは適宜設定することができ、２〜１０ｍｍが一般的である。

次に、ディスクロールの製造方法に関して説明する。 通常、基材からリング状のディスク材を打ち抜き、このディスク材を複数枚、金属製（例えば鉄製）のシャフトに嵌挿してロール状の積層物とし、両端に配したフランジを介して両端から全体を加圧してディスク材に若干の圧縮を加えた状態でナット等で固定する。 必要により焼成する。 そして、所定のロール径となるようにディスク材の外周面を研削することにより、ディスクロールが得られる。
ディスクロールの構造にはシャフト全体をディスク材で覆われている仕様のもの、ガラスの接触する部分のみシャフトがディスク材が覆われている仕様のもの、単一の軸を有する仕様のもの等がある。

例えば、図１に示すように、本発明のディスクロール１０を用いて、ガラス溶融物１００を挟持して搬送し、ガラス溶融物１００を冷却、硬化させてガラスを製造できる。

実施例１
［粗セラミック繊維の脱粒］
アルミナ４０〜６０重量％、シリカ６０〜４０重量％含む粗セラミック繊維（ニチアス株式会社製「ファインフレックス バルクファイバー」）を脱粒し、４５μｍ以上のショットが２重量％以下のセラミック繊維を得た。

ショットの含有率は以下の手順で測定した。
（ｉ）任意の箇所から１００ｇ以上の試料をショットが試料から脱落しないように切り取る。
（ii）切り取った試料を１０５〜１１０℃で１時間乾燥処理したのち、秤量しＷ _０とする。
（iii）試料をシリンダーに入れ、２１ＭＰａで加圧粉砕し、シリンダー内をスパチェラを使用し試料をほぐしたのち、再び加圧粉砕する。
（iv）粉砕した試料をＪＩＳ−Ｚ−８８０１の予備寸法４５μｍのふるいに移し、流水によって繊維及び細かいショットを洗い流す。
（ｖ）ふるいに残ったショットをふるいと共に乾燥器を用いて１時間乾燥させる。
（vi）乾燥器から取り出したふるいを室温まで冷却したのち、ふるいの裏面に付着している細粒を１０秒程度ふるいの側面を手で叩いて除去する。
（vii）ふるい面上に残ったショットを適当な容器に移す。 この際、ショットがふるいに残らないようにふるいブラシで充分払い落とし、分離したショットを秤量しＷ _１とする。
（viii）ショットの含有率は次の式によって求め、小数点以下１桁に丸める。
ショット含有率 ％＝ Ｗ _１ ／Ｗ _０ ×１００

［ディスクロール用基材の製造］
上記で脱粒したセラミック繊維３０重量％、白マイカ３２重量％、木節粘土２０重量％、ベントナイト１０重量％、パルプ６重量％及び澱粉２重量％である水性スラリーを調製し、抄造法により乾燥後の寸法が２００ｍｍ×２００ｍｍ×６ｍｍのディスクロール用基材（ミルボード）を抄造した。
得られたセラミック繊維含有ディスクロール用基材について、密度を測定した後、下記（１）〜（７）の評価を行った。 結果を表１に示す。

（１）原板の曲げ試験（曲げ強度及び曲げ弾性率）
セラミック繊維含有ディスクロール用基材を９００℃に維持した加熱炉に３時間保持した後、室温まで自然冷却した。 冷却後の基材から幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの試験片を切り出し、島津製作所製「オートグラフＡＧ−１００ｋＮＤ」を用い、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準じて曲げ強度及び曲げ弾性率を評価した。

（２）充填時の曲げ試験（曲げ強度及び曲げ弾性率）
セラミック繊維含有ディスクロール用基材から幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのディスク材を切り出し、このディスク材をステンレス板で挟みこみ、厚さ１０ｍｍ、密度が１．２５ｇ／ｃｍ ^３となるように圧縮し、圧縮した状態で９００℃に維持した加熱炉に１０時間保持した後、室温まで自然冷却した。 冷却後、圧縮力を開放したものを測定サンプルとし、島津製作所製「オートグラフＡＧ−１００ｋＮＤ」を用い、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準じて曲げ強度及び曲げ弾性率を評価した。

（３）熱伝導率 セラミック繊維含有ディスクロール用基材から幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍのディスク材を切り出し、このディスク材をＳＵＳ板で挟みこみ、厚さ１０ｍｍ、密度が１．２５ｇ／ｃｍ ^３となるまで圧縮し、圧縮した状態で９００℃に維持した加熱炉に１０時間保持した後、室温まで自然冷却した。 冷却後、圧縮力を開放したものを測定サンプルとし、サンプルの表面を、ＪＩＳ Ｒ２６１８の非定常熱線法に準じて、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業株式会社製）により、室温での熱伝導率を測定した。

（４）熱膨張係数 セラミック繊維含有ディスクロール用基材から外径６０ｍｍ内径２０ｍｍのディスク材を打ち抜き、ステンレス製のシャフトに長さ１００ｍｍ、密度１．２５ｇ／ｃｍ ^３となるようにロールビルドし、９００℃に維持した加熱炉に１０時間保持した後、室温まで自然冷却した。 冷却後のサンプルを５×５×２０ｍｍに切り出し測定サンプルとした。 理学電機工業株式会社製熱機械分析装置「ＴＭＡ８３１０」を用いて、空気中で５℃／ｍｉｎの速度で室温から９００℃まで昇温し熱膨張係数を測定した。

（５）圧縮加熱復元率 セラミック繊維含有ディスクロール用基材から幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍのディスク材を切り出し、ステンレス板で挟み込み、厚さ２０ｍｍ、密度１．３５ｇ／ｃｍ ^３となるように圧縮し、固定したものをサンプルとした。
得られたサンプルを６００℃で５時間加熱させた後、室温２５℃まで冷却し、ディスク材に加わる圧縮力を開放したときの復元した長さを元の長さで除算して復元率を求めた。 また、得られたディスクロールを９００℃で１０時間加熱させ、上記と同様にして復元率を測定した。

（６）摩耗試験 セラミック繊維含有ディスクロール用基材から外径８０ｍｍ内径３０ｍｍのディスク材を打ち抜き、直径３０ｍｍのステンレス製シャフトに、長さ１００ｍｍ、充填密度が１．２５ｇ／ｃｍ ^３になるようにロールビルドし、ディスクロールを作製した。
このディスクロールのロール面に２ｍｍ間隔で幅２ｍｍの溝加工を５本施した直径３０ｍｍのステンレス製の軸を接触させた状態で、９００℃で５時間回転させた後、室温２５℃まで冷却し、ディスクロールのロール表面にできた溝の深さを測定した。

（７）荷重変形量 セラミック繊維含有ディスクロール用基材から外径６０ｍｍ内径２０ｍｍのディスク材を打ち抜き、直径２０ｍのステンレス製シャフトに長さ１００ｍｍ、充填密度が１．２５ｇ／ｃｍ ^３になるようにロールビルドし、ディスクロールを作製した。
このディスクロールをシャフトの両端を架台で支持し、ディスク材からなるロール面に圧縮子により１０ｋｇｆ／ｃｍの荷重を１ｍｍ／分で加え、そのときの荷重変形量（室温）を測定した。
また、上記ディスクロールを９００℃の加熱炉に１０時間保持し、加熱炉から取り出した後、室温まで冷却したものについても上記と同様にして荷重変形量（９００℃１０時間）を測定した。

表１から、実施例のディスクロールは、高価な繊維を用いること無く、耐熱性、強度、耐磨耗性、柔軟性を有することが分かる。 また、ショットが少ないのでガラス面を傷付けることも少ない。

実施例２〜４，比較例１，２
ベントナイトの影響を調べるために、表２に示す組成にした他は、実施例１と同様に、ディスクロール用基材とディスクロールを製造して評価した。 結果を表２に示す。 ベントナイト量３０％については原板作製が困難なためロール物性は測定しなかった。

（１）濾水性 ＴＡＰＰＩ式手漉き抄造機による濾水時間で評価した。
○：１００秒未満、△：１００〜２００秒、×：２００秒以上

（２）シート外観 ○：良好、△：ムラあり、×：亀裂あり

（３）加熱収縮率 ディスクロール用基材を幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り出し、９００℃で３時間加熱した後、その線方向及び厚さ方向の長さを測定し、下記式に基づいて加熱収縮率を評価した。
[（加熱前の測定値−加熱後の測定値）／加熱前の測定値]×１００

本発明のディスクロールは、板ガラス、特に液晶用ガラスやプラズマディスプレイ用ガラスの製造に用いることができる。

１０ ディスクロール １００ ガラス溶融物